高潔

摘 要：本文從技術和業(yè)務層面介紹了三維數(shù)字化仿真培訓平臺的帶電作業(yè)三維仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用三維仿真技術，模塊化、全角度展示帶電作業(yè)操作的全過程，為配網(wǎng)帶電標準化作業(yè)能力培訓提供一種切實有效的輔助手段。系統(tǒng)配套的在線考核和自我訓練模式可以很好的檢測培訓效果，達到以測促練、以練促學、以學促用培訓目的。

關鍵詞：三維仿真 帶電作業(yè) 電力培訓

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，用戶對于供電可靠性的要求越來越高。配電網(wǎng)承擔著就地或逐級向各類用戶供給和配送電能的任務，是確保供電質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié)。配網(wǎng)帶電作業(yè)是提高供電可靠性最直接有效的措施，從而得到了高度的重視和廣泛的推廣。

帶電作業(yè)對于現(xiàn)場工作人員的知識和技能的要求大幅提高。為提高作業(yè)質(zhì)量、降低作業(yè)風險，各企業(yè)都投入大量資源用于員工的培訓，主要的培訓方式有：提供專業(yè)書籍供員工自學、聘請各類專家講解培訓、采購各種培訓視頻專題片供員工觀看、提供各類專業(yè)題庫供員工評測，這些培訓方式在一定程度上解決了員工的“知識充足率”問題，卻無法提高專業(yè)人員最需要提高的現(xiàn)場實際工作技能。由于沒有系統(tǒng)、嚴格的模擬培訓方法，很多帶電作業(yè)人員在工作中養(yǎng)成了不規(guī)范的操作方法，帶來了很大的人身安全隱患。帶電作業(yè)由于其帶電的特殊性質(zhì)，其相關培訓存在難點。第一，教員示范作業(yè)時，參訓人員只能在下面觀看，這就往往會存在視角的局限或障礙物的遮擋，看不清甚至看不到教員的操作過程。第二，模擬操作練習多數(shù)在不帶電的環(huán)境下，效果并不理想，且每個人練習的機會很少。第三，培訓人員所學的東西，主要取決于指導教員的規(guī)范性和標準性，以及授課能力和授課技巧，培訓的效果很難得到保障。

眾所周知，人類文明的偉大進步之一就是工具的使用，而人類社會的每次進步也往往歸功于工具的革新，當前的形式迫切要求我們尋求變革，對學習培訓工具進行大膽創(chuàng)新。為了使帶電作業(yè)逐漸趨于科學、系統(tǒng)、安全，且形成一種職業(yè)化的培訓模式，筆者及公司同仁努力研發(fā)了三維數(shù)字化仿真培訓平臺，在該平臺上搭建的帶電作業(yè)三維仿真系統(tǒng)以配網(wǎng)帶電作業(yè)“作業(yè)級流程”為主線，以“作業(yè)流程化、流程標準化、標準可視化”為原則，以提升配網(wǎng)帶電作業(yè)人員技能水平和現(xiàn)場作業(yè)安全系數(shù)為目標，采用三維仿真技術，模塊化、全角度展示帶電作業(yè)操作的全過程。

系統(tǒng)的構成

三維數(shù)字化電力培訓平臺，這是一款基于java開發(fā)的符合J2EE開發(fā)規(guī)范的B/S多層架構系統(tǒng)。其中包含的帶電作業(yè)三維仿真系統(tǒng)主要有四大功能：基礎數(shù)據(jù)管理、標準庫管理、培訓班管理、標準化作業(yè)仿真培訓?；A數(shù)據(jù)管理模塊主要進行編碼類、底層數(shù)據(jù)類、配置類的數(shù)據(jù)維護；標準庫管理模塊包含帶電作業(yè)標準化作業(yè)過程的相關內(nèi)容管理；培訓班管理模塊實現(xiàn)對培訓的開班、結業(yè)，培訓學員的增刪改以及學員成績的查詢等等；標準化作業(yè)仿真培訓即為主要核心功能模塊，包含三種仿真應用模式：自我學習模式、模擬演練模式以及量化考核模式。我們通過仿真培訓平臺力爭做到導學結合，練測一體，達到以測促練、以練促學、以學促用培訓目的。

系統(tǒng)的實現(xiàn)

帶電作業(yè)三維仿真采用層次建模的方法，對人物、專用工具、場景進行三維模擬，通過邏輯引擎，進行虛擬現(xiàn)實交互操作，可對參訓人員的進行項目全過程示范性教學培訓，同輔助以工序工藝的重點展示和強調(diào)，為帶電作業(yè)的培訓提供了切實有效的方式。

幾何建模

帶電作業(yè)三維仿真中涉及到的幾何模型包含：（1）場景模型，建立虛擬自然環(huán)境和建立虛擬電氣環(huán)境；（2）人物模型，建立帶電作業(yè)中擔任不同任務的作業(yè)角色模型；（3）工具或器具模型，建立各種諸如吊車、斗臂車等帶電作業(yè)現(xiàn)場需要的特種車輛，以及類似于各種絕緣防護裝備用具、操作工程中涉及的工具等。

行為建模

在模擬仿真的作業(yè)環(huán)境中，以實際操作人員的身份去進行虛擬化的作業(yè)，通過三維虛擬交互仿真技術實現(xiàn)帶電作業(yè)的標準化全過程仿真，將作業(yè)過程各個步驟包含的作業(yè)場景、作業(yè)人員、操作手法、工藝標準等進行立體、擬真、直觀地展示和交互，有效地促進標準化作業(yè)“最后一公里”的真正落地。

場景驅(qū)動

場景驅(qū)動執(zhí)行引擎負責實現(xiàn)虛擬人和物體的交互，并使虛擬場景活動起來。為了實現(xiàn)場景的驅(qū)動需要定義虛擬角色如何在三維虛擬場景中進行行動以及虛擬環(huán)境如何發(fā)生變化。虛擬角色和設備的行為和運動控制過程相互配合實現(xiàn)現(xiàn)實場景的模擬。同時，參訓人員通過交互可實現(xiàn)對于場景中設備工具標識查看，設備外部透明等功能選擇。

平臺的功能

三維數(shù)字仿真平臺的帶電作業(yè)仿真以實用化為目標，實現(xiàn)全面的功能覆蓋。自我學習仿真模式下，不僅支持按步驟順序自動展示仿真作業(yè)過程，還可以針對重點難點的任意點播反復學習。此外，訓練考核模包含擬真類考核和可自主擬定的客觀題庫考核。

系統(tǒng)中帶電作業(yè)仿真的基礎管理，包括標準庫的管理都是開放式的設計。教員可以自行添加修改所有作業(yè)任務的工序步驟的配置，包括解說詞的字幕、配音。特別在每一個步驟系統(tǒng)都支持文本、圖片、視頻格式的輔助資料嵌入。這給教員提供了更大的發(fā)揮空間，讓他們可以針對不同的情況對培訓素材進行調(diào)整，同時也是對培訓資料的積累和傳承。

下面，我對帶電作業(yè)仿真的三種模式進行逐一介紹。

自我學習模式

參訓人員可在系統(tǒng)中完整觀看一項帶電作業(yè)任務執(zhí)行的三維仿真，每個帶電作業(yè)仿真任務所展示的都是一個從現(xiàn)場復勘開始、申請工作票、召開站班會，到作業(yè)步驟一步步展開，一直到清潔作業(yè)現(xiàn)場、終結工作票全過程展現(xiàn)，相當于教練員的全程示范，與此同時系統(tǒng)還將對作業(yè)中的每一工序、危險點、工藝要求和動作要領進行講解。

仿真界面包含基礎功能按鈕，語音解說以及與之相配合的字幕顯示，界面右上角顯示全面的工藝標準、安全距離保持、危險點及預防措施的文字提示。在任意一個仿真執(zhí)行過程中都可以暫停，讓參訓人員有時間去認真閱讀相關信息或者研究操作姿勢，仿真執(zhí)行提供優(yōu)化的默認角度，此外還可以通過按鈕切換到自由視角，系統(tǒng)支持在仿真執(zhí)行過程中實時切換視角，這樣參訓人員就可以以任意角度，任意視距進行培訓學習。這一設計也打破了傳統(tǒng)實拍視頻對于視角視距的限制，實現(xiàn)了實操技巧無死角培訓展示。

在我們的帶電作業(yè)仿真系統(tǒng)中，仿真角色接近帶電部位的時候，根據(jù)帶電部位位置，系統(tǒng)會畫出危險范圍，也就是安全距離范圍。地電位作業(yè)法一定要與疑似帶電體保持0.7m以上的安全距離。這也是在培訓中時刻培養(yǎng)參訓人員要警示危險，時刻保持有帶電意識。驗電的仿真培訓，系統(tǒng)會通過仿真角色演示驗電的起始位置，標準順序，注意事項等等。通過學習，參訓人員對驗電就會有一個清晰完整的認識。此外，系統(tǒng)還詳盡的展示了作業(yè)過程中涉及的工器具的使用方法。我們的三維仿真系統(tǒng)不是簡單的示意，而是示范性的教學演示，是條文條例、使用說明等的具象化展現(xiàn)，對于實操具有很好的指導意義。

模擬演練模式

系統(tǒng)提供三維模擬作業(yè)現(xiàn)場，參訓人員可針對訓練任務，進行工序、工器具使用練習，危險點、工藝要求問答，通過模擬演練，可輔助參訓人員全面掌握帶電作業(yè)的工序、工藝、危險點和工器具的使用。這也是在自我學習之后對自己掌握情況的自我檢測。

在模擬演練模式下，左側(cè)工序步驟不予顯示，這也是對參訓人員的掌控情況的一種校驗點之一。對于實操類題目在操作錯誤5次或操作時長超過300秒后，系統(tǒng)將會自動播放正確答案；對于知識點類的客觀題目，參訓人員可隨時查看正確答案，及時了解自己的掌握情況。

量化考核模式

主要是為教員對參訓人員的帶電作業(yè)技能進行量化考核服務。帶電作業(yè)技能考核中的實操考核，往往由于場地等限制無法進行，這一困難通過三維仿真可以很好的得到解決。

教員可以通過系統(tǒng)方便快捷的設置考試的時間、考試時長、題型比重等，可在配網(wǎng)帶電作業(yè)任務的不同工序，設置考點，以統(tǒng)一或隨機的方式生成考卷?？己私Y束后系統(tǒng)會自動判卷，教員可以直觀的了解學員的答題狀況，通過操作詳情進行試卷分析，可以結合平時培訓情況進行成績修正、發(fā)布。所有的過程都是可視化操作方便快捷，可大幅減輕教員在出題批閱方面的負擔。

參訓人員在規(guī)定的時間登陸系統(tǒng)進行相應的任務考核，在三維場景下通過選擇工器具和操作對象，展示自己對工序的掌握情況，通過在線答題，展示對危險點和工藝要求的掌握情況。兩者相互結合互為補充，可以更為準確的檢測其對于知識點的掌握情況。

結語

三維數(shù)字仿真平臺的帶電作業(yè)仿真系統(tǒng)提供了帶電作業(yè)中詳細且規(guī)范的操作流程。在教學實訓前，參訓人員通過仿真平臺不斷的進行學習和訓練，最終可以實現(xiàn)全面的，完全的掌握操作技能知識點，而且無風險性。

我們的帶電作業(yè)三維仿真系統(tǒng)用動作和工具表達每一步工序該所需完成的任務，詳細描述工器具使用方法，動作要領、完整的工藝要求及危險點，不僅傳授“帶電作業(yè)常識”，還傳授“帶電作業(yè)技能”。

多數(shù)三維仿真系統(tǒng)是封閉式的，系統(tǒng)制作完成后，傳達的知識點、技能點，用戶不能再擴充，本系統(tǒng)的開放性設計，可使系統(tǒng)交付投運后，用戶可隨時增加教學內(nèi)容（現(xiàn)場錄制的視頻、圖片，試題等），，這樣可使系統(tǒng)具有更長久的生命力和更寬泛的適用性。

多數(shù)三維仿真系統(tǒng)的考試題目是固定不變的、有限的，教員不可自主命題，先參加考試的學員會泄露試題給后參加考試的學員，嚴重限制了技能考核的客觀性和公正性。本系統(tǒng)支持教員自主添加題目擴充題庫，支持隨機生成考題，使考核更有說服力。

通過實際部署應用我們發(fā)現(xiàn)，帶電作業(yè)三維仿真系統(tǒng)規(guī)范性、系統(tǒng)性的操作能夠從源頭上杜絕較多的習慣性誤操作，規(guī)避較多的風險。參訓人員仿照系統(tǒng)示范進行實操作業(yè)，上桿實操前對于整個任務已經(jīng)有了清晰系統(tǒng)的認知，使培訓效果大幅提升事半功倍。

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